Ventilation-Perfusion et Échanges Gazeux

Un échange gazeux efficace exige que l'air atteignant les alvéoles (ventilation) soit en adéquation avec le sang circulant dans les capillaires pulmonaires (perfusion). Le rapport ventilation-perfusion décrit cette adéquation, et sa distribution à travers le poumon est le déterminant le plus important de l'efficacité des échanges d'oxygène et de dioxyde de carbone.

Definition

Le rapport ventilation-perfusion (V/Q) est le rapport entre la ventilation alvéolaire et le débit sanguin capillaire pulmonaire dans une unité pulmonaire ; les échanges gazeux dépendent de la distribution de ce rapport à travers le poumon, un déséquilibre, un shunt (V/Q = 0) et une ventilation de l'espace mort (V/Q = infini) altérant le transfert d'oxygène et de dioxyde de carbone.

Scope

Ce sujet aborde le rapport ventilation-perfusion (V/Q) et sa distribution régionale, les conséquences du déséquilibre V/Q et du shunt sur l'oxygène et le dioxyde de carbone, l'analyse de l'air alvéolaire idéal et l'équation des gaz alvéolaires, ainsi que la différence alvéolo-artérielle en oxygène comme mesure de l'efficacité des échanges gazeux. Il s'agit d'une référence physiologique, et non d'une directive clinique.

Core questions

• Pourquoi le rapport ventilation-perfusion détermine-t-il l'efficacité des échanges gazeux ?
• Comment le shunt et l'espace mort se situent-ils aux extrêmes du spectre V/Q ?
• Comment le modèle de l'air alvéolaire idéal quantifie-t-il les échanges gazeux ?
• Que révèle la différence alvéolo-artérielle en oxygène ?

Key concepts

• Rapport ventilation-perfusion (V/Q)
• Shunt et espace mort
• Distribution régionale du V/Q
• Air alvéolaire idéal et modèle à trois compartiments
• Équation des gaz alvéolaires
• Différence alvéolo-artérielle en oxygène (gradient A-a)
• Vasoconstriction pulmonaire hypoxique

Mechanisms

Dans un poumon en position verticale, la gravité et les mécanismes régionaux font que la ventilation et la perfusion sont toutes deux plus importantes à la base qu'à l'apex, mais la perfusion varie davantage, de sorte que le rapport V/Q est élevé à l'apex et faible à la base. Les échanges gazeux sont optimaux lorsque le rapport est proche de un ; une unité sans ventilation mais avec une perfusion continue se comporte comme un shunt, tandis qu'une unité ventilée mais non perfusée devient un espace mort. Étant donné que la relation oxygène-hémoglobine est non linéaire, les régions à faible V/Q ne peuvent pas être entièrement compensées par les régions à V/Q élevé, de sorte qu'un déséquilibre V/Q diminue davantage l'oxygène artériel que le dioxyde de carbone. L'analyse de l'air alvéolaire idéal de Riley et Cournand a modélisé le poumon comme des compartiments idéal, de shunt et d'espace mort et, avec l'équation des gaz alvéolaires, permet de calculer la différence alvéolo-artérielle en oxygène comme un indice de l'efficacité des échanges gazeux. La vasoconstriction pulmonaire hypoxique détourne le sang des régions mal ventilées, améliorant partiellement l'adéquation (Riley 1949; Petersson 2014; West 2012).

Clinical relevance

Les concepts de ventilation-perfusion sous-tendent l'interprétation physiologique des échanges gazeux altérés et de la différence alvéolo-artérielle en oxygène utilisée dans l'analyse des gaz du sang. Comprendre où se situe une unité pulmonaire sur le spectre V/Q – du shunt à l'espace mort – constitue un cadre de référence pour raisonner sur les raisons pour lesquelles l'oxygénation ou l'élimination du dioxyde de carbone est altérée. Cette entrée explique la physiologie en termes généraux et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

History

L'analyse quantitative des relations ventilation-perfusion a été établie par Riley et Cournand à la fin des années 1940 avec le modèle à trois compartiments de l'air alvéolaire idéal, s'appuyant sur les travaux de Cournand sur le cathétérisme cardiaque. Les études régionales de West dans les années 1960 utilisant des gaz radioactifs ont démontré le gradient gravitationnel du V/Q dans le poumon en position verticale, et la technique d'élimination de gaz inertes multiples de Wagner a ensuite résolu la distribution continue des rapports V/Q.

Key figures

• Richard L. Riley
• André Cournand
• John B. West
• Peter D. Wagner

Seminal works

• riley-1949
• petersson-2014
• west-2012-textbook

Frequently asked questions

Qu'est-ce que le rapport ventilation-perfusion ?

C'est le rapport entre la ventilation alvéolaire et le débit sanguin capillaire dans une région pulmonaire ; les échanges gazeux sont les plus efficaces lorsque la ventilation et la perfusion sont bien appariées (un rapport proche de un), et ils se dégradent à mesure que les unités évoluent vers un shunt (pas de ventilation) ou un espace mort (pas de perfusion).

Pourquoi le déséquilibre V/Q diminue-t-il davantage l'oxygène que le dioxyde de carbone ?

Parce que la courbe de dissociation oxygène-hémoglobine est non linéaire et presque plate en partie supérieure, les régions bien ventilées ne peuvent pas charger d'oxygène supplémentaire pour compenser celles qui sont mal ventilées, tandis que l'élimination du dioxyde de carbone, étant plus linéaire, est plus facilement compensée par une ventilation accrue.